JP2016008480A - 土砂の投入装置及び投入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】土砂の投入作業の際、土砂の性状劣化を効果的に抑えることを可能とする。【解決手段】底開ホッパー１４によって閉じられた管状構造物１２の先端部（底部）１２Ａに土砂が溜まると、土砂２００の重みがフロート１６の浮力に勝り、管状構造物１２の先端部１２Ａが沈降することで、多段の伸縮機構を有する管状構造物１２は、水底ＧＬへ向けて伸長していく。管状構造物１２の先端部１２Ａが所定の水深に到達した状態で、底開ホッパー１４を開放させることにより、管状構造物１２内の土砂２００は、水底ＧＬへと排出される。底開ホッパー１４の扉が開放した状態で、扉の先端部が水底ＧＬに接地ないし水底近傍に位置するようにすることで、管状構造物１２内の土砂２００は、水底面に衝突することなく緩やかに排出され、土砂２００を構成する泥塊の分解や投入材の含水量の増加が生じにくくなる。【選択図】図１

Description

本発明は、土砂の投入装置及び投入方法に関するものである。

従来から、港湾工事の埋立、防波堤や護岸等の構造物の築造、浅場造成あるいは干潟造成等に係る土砂投入工において、大規模な土砂投入には、全開式あるいは底開式の土運船による直投方式が採用される。一方、比較的小規模の土砂投入には、トレミー管を用いた工法が採用されている（例えば、特許文献１）。図９に示されるように、トレミー管１００は、水底ＧＬの近傍まで延びるようにして、例えば土運船１０２の船首部分に固定して用いられる管体であり、その頭頂部にはホッパー１０４が設けられている。そして、土運船１０２の船倉に積載された土砂２００を、クラムシェル１０８等によってホッパー１０４に投入することで、土砂２００は、トレミー管１００内を落下し、先端部１０６の開口から水底ＧＬへと放出される。トレミー管１００内を土砂２００が落下する間は、土砂２００が周辺の水中に拡散しないことから、全開バージ（船体中央を前後に貫く回転軸を中心として、船体が二分割するように開扉することで、船倉に積載された積載材料を船底から水中へと大量に投下する形式の土運船）を用いた工法と比較して、投入予定地に効率よく土砂を投入することが可能である。

ところで、上記各工法では、特に、投入する土砂として、粘土系の投入材を投入する場合において、投入材が水中を落下する際に塊がほぐれ、又、水底面に衝突した際にも泥塊が分解し、投入前よりも投入材の含水量が増加して、強度が低減してしまうといった問題が指摘されている。又、元々強度が低い浚渫粘性土に例えばセメント系改良剤等を事前に混合して強度を強化させた改良材の投入には、管を用いたポンプ圧送が一般に用いられるが、水面上に配置した吐出管から排出された土砂は、水面との衝突、水中における落下中、更には水底面との衝突時に泥塊がほぐれ、材料分離が生じて投入前の改良強度を保持できない。
そこで、上述のごとき投入材の性状劣化を防ぐことを目的として、バケットを用いて土砂を投入する、土砂の投入方法及び投入装置が開発されている（例えば、特許文献２）。

特開２０００−６４２８５ 特許第２９７１０４１号

上記のごとき、バケットを用いて土砂を投入する手法は、昇降可能なバケットを用い、バケットによって土砂を水底面近傍まで搬入し、バケット底部を開放して土砂を放出するものであり、土砂が水中を自由落下することによる分離、濁りの発生、流出等の防止を企図したものである。一方で、バケット上面が開放されており、土砂砂上面が水と接触することにより、バケットによって土砂を水底面近傍まで搬入する際に発生する周辺水塊の流動による、土砂の性状劣化が生じる恐れがある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、土砂の投入作業の際、土砂の性状劣化を効果的に抑えることを可能とするものである。

（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

（１）水上から水底ないし水底近傍に到達可能な伸縮機構を備えた管状構造物と、該管状構造物の先端部に設けられた底開ホッパーと、前記管状構造物の伸縮駆動手段とを備える土砂の投入装置（請求項１）。
本項に記載の土砂の投入装置は、管状構造物の先端部が水上に位置するように短縮された状態で、管状構造物の基端部から管状構造物内へと土砂を投入することで、底開ホッパーによって閉じられた管状構造物の先端部（底部）に土砂が溜まっていく。そして、伸縮機構を有する管状構造物を、管状構造物の伸縮駆動手段によって、水底へ向けて伸長させ、管状構造物の先端部が所定の水深に到達した状態で、底開ホッパーを開放させることにより、管状構造物内の土砂は、水底へと排出される。このとき、底開ホッパーの扉が開放した状態で、扉の先端部が水底に接地ないし水底近傍に位置するようにすることで、管状構造物内の土砂は、水底面に衝突することなく緩やかに排出され、投入土砂を構成する、泥塊の分解や投入材の含水量の増加が生じにくくなる。この状態において、管状構造物の伸縮駆動手段によって、管状構造物を徐々に縮小し、管状構造物の先端部を上昇させることで、１回の投入作業が完了する。そして、管状構造物の先端部が再び水上に上昇した状態で、底開ホッパーを閉じることで、次回の投入作業に係る土砂の投入が可能な状態へと復帰する。

（２）上記（１）項において、前記管状構造物の伸縮駆動手段として、前記管状構造物の先端部にフロートを備える土砂の投入装置（請求項２）。
本項に記載の土砂の投入装置は、管状構造物の先端に設けられたフロートの浮力によって、管状構造物の先端部が水上に浮上した状態に短縮される。そして、水上で管状構造物の基端部から管状構造物内へと土砂を投入すると、底開ホッパーによって閉じられた管状構造物の先端部（底部）に土砂が溜まっていく。すると、土砂の自重がフロートの浮力に勝り、管状構造物の先端部が沈降することで、管状構造物は水底へ向けて伸長していく。そして、管状構造物の先端部が所定の水深に到達した状態で、底開ホッパーを開放させることにより、管状構造物内の土砂は、水底へと排出される。このとき、底開ホッパーの扉が開放した状態で、扉の先端部が水底に接地ないし水底近傍に位置するようにすることで、管状構造物内の土砂は、水底面に衝突することなく緩やかに排出され、投入土砂を構成する、泥塊の分解や投入材の含水量の増加が生じにくくなる。やがて、土砂の重みが管状構造物の先端に作用しなくなると、フロートの浮力を受けて管状構造物の先端部が浮上して、管状構造物は徐々に縮小し、１回の投入作業が完了する。そして、フロートの浮力によって、管状構造物の先端部が再び水上に浮上した状態となり、底開ホッパーを閉じることで、次回の投入作業に係る土砂の投入が可能な状態へと復帰する。

（３）上記（２）項において、前記フロートの浮力は、前記底開ホッパーが開放された状態で、環状構造物の先端部が水上にまで浮上し得る値に設定されている土砂の投入装置（請求項３）。
本項に記載の土砂の投入装置は、フロートの浮力が、底開ホッパーが開放された状態で、管状構造物の先端部が水上にまで浮上し得る値に設定されていることから、底開ホッパーを開放して、管状構造物内の土砂が水底へと排出され、土砂の重みが環状構造物の先端に作用しなくなると、フロートの浮力によって管状構造物の先端部が、他の動力を用いることなく自然に浮上することとなる。

（４）上記（１）から（３）項において、前記管状構造物の伸縮駆動手段として、前記管状構造物の先端部に吊上げ用索体が連結されている土砂の投入装置（請求項４）。
本項に記載の土砂の投入装置は、管状構造物の先端部に吊上げ用索体が連結されており、この索体は、ウインチ等によって巻き上げられ又は繰り出されることで、管状構造物の先端部の高さを定めるものである。ここで用いられる索体は、必要な強度と耐久性とを備えたワイヤー、チェーン等が用いられる。そして、管状構造物の先端部に連結されている吊上げ用索体によって、管状構造物の先端部が水上に浮上した状態で、水上で管状構造物の基端部から管状構造物内へと土砂を投入すると、底開ホッパーによって閉じられた管状構造物の先端部（底部）に土砂が溜まっていく。そして、伸縮機構を有する管状構造物を、管状構造物の先端部に連結された吊上げ用索体を繰り出すことによって、水底へ向けて伸長させる。又、フロートを備える場合には、土砂の自重がフロートの浮力に勝り、管状構造物の先端部が沈降することで管状構造物は、水底へ向けて伸長していく。このとき、吊下げ用索体の繰り出し速度を調整することにより、沈降速度を制御することとしても良い。そして、管状構造物の先端部が所定の水深に到達した状態で、底開ホッパーを開放させることにより、管状構造物内の土砂は、水底へと排出される。このとき、底開ホッパーの扉が開放した状態で、扉の先端部が水底に接地ないし水底近傍に位置するようにすることで、管状構造物内の土砂は、水底面に衝突することなく緩やかに排出され、投入土砂を構成する、泥塊の分解や投入材の含水量の増加が生じにくくなる。この状態において、索体を巻き上げることによって、管状構造物を徐々に縮小し、管状構造物の先端部を上昇させることで、１回の投入作業が完了する。又、フロートを備える場合には、土砂の重みが管状構造物の先端に作用しなくなると、フロートの浮力が管状構造物の先端部に作用して索体の巻上に要する力を軽減する。そして、フロートの浮力によって、管状構造物の先端部が再び水上に浮上した状態となり、底開ホッパーを閉じることで、次回の投入作業に係る土砂の投入が可能な状態へと復帰する。

（５）上記（１）から（４）項において、前記管状構造物は、外形が相似する複数の短管が同心状に配置され、各短管の内側又は外側に隣接する短管に対しスライド可能に組み合わされて構成される土砂の投入装置。
本項に記載の土砂の投入装置において、管状構造物は、外形が相似する複数の短管が同心状に配置され、各短管の内側又は外側に隣接する短管に対しスライド可能に組み合わされた多段の伸縮機構を備えており、各短管がスライドして相対移動することより、管状構造物の伸縮が引き起こされるものである。

（６）上記（５）項において、各短管の上端部及び下端部に、各短管の内側又は外側に隣接する短管との水密を保つ止水構造部が設けられている土砂の投入装置（請求項５）。
本項に記載の土砂の投入装置は、各短管の上端部及び下端部に設けられた、各短管の内側又は外側に隣接する短管との水密を保つ止水構造部により、管状構造物の伸縮状態の如何を問わず、各短管の接続部から管状構造物内部への水の浸入が阻止される。このため、底開ホッパーが開放されない限り、管状構造物内に投入された土砂と水との接触が回避され、土砂が水底面近傍に到達するまで、土砂の性状変化が回避される。管状構造物から土砂が排出された後は水と直接的に接触することとなるが、水との接触は水底面近傍で起こることから、土砂が水中を落下して水底に到達するまでの距離が短く、落下の際に塊がほぐれる度合いが軽減され、土砂の性状変化は最小限に収まることとなる。

（７）上記（１）から（４）項において、前記管状構造物は、水密性を有する管状の幕体と、該管状の幕体により構成される管の断面形状を維持するための、剛体からなる枠状部材とを含む土砂の投入装置（請求項６）。
本項に記載の土砂の投入装置は、管状の幕体が水上から水底ないし水底近傍に到達可能な長さを有し、又、蛇腹状に折れ曲がることで、先端部が水上に位置するものとなる。そして、管状の幕体が水密性を有することにより、管状構造物の伸縮状態の如何を問わず、各短管の接続部から管状構造物内部への水の浸入が阻止される。このため、底開ホッパーが開放されない限り、管状構造物内に投入された土砂と水との接触が回避され、土砂が水底面近傍に到達するまで、土砂の性状変化が回避される。管状構造物から土砂が排出された後は水と直接的に接触することとなるが、水との接触は水底面近傍で起こることから、土砂が水中を落下して水底に到達するまでの距離が短く、落下の際に塊がほぐれる度合いが軽減され、土砂の性状変化は最小限に収まることとなる。又、管状の幕体により構成される管の断面形状は、伸縮状態の如何を問わず、剛体からなる枠状部材によって維持されることで、本項に係る管状構造物は、上記機能を発揮するものとなる。

（８）上記（１）から（７）項において、前記管状構造部の基端部に、第２の底開ホッパーを備える土砂の投入装置（請求項７）。
本項に記載の土砂の投入装置は、土砂の投入作業を連続して行うにあたり、管状構造物内に留められた土砂の、水底への投入作業に係る管状構造物の伸縮の間、管状構造物の基端部に設けられた第２の底開ホッパーを閉じることにより、第２の底開ホッパーに対し、次回投入分の土砂を予め溜めておくものである。そして、１回の土砂投入が完了し、管状構造物の先端部が再び水上に浮上した状態で、管状構造物の先端部の底開ホッパーを閉じ、第２の底開ホッパーを開放することで、管状構造物内に土砂が投入され、次回の投入作業が中断することなく開始されるものとなる。第２の底開ホッパーに溜められる土砂の量は、一回の投入作業に必要な量であり、溜められた土砂が全て管状構造物内に投入された後は、第２の底開ホッパーは再び閉じられ、第２のホッパーに対して、更に次回の投入作業に係る土砂の貯留が開始される。

（９）上記（１）から（８）項において、前記底開ホッパーを備える管状構造物を複数備え、各管状構造物の基端部に対して土砂を供給する供給路に、土砂の供給を行う管状構造部を選択する選択手段を備える土砂の投入装置（請求項８）。
本項に記載の土砂の投入装置は、土砂の投入作業を連続して行うにあたり、複数備える管状構造物のうちの、一つの管状構造物の先端部に留められた土砂を、水底へと投入するための伸縮の間、選択手段により選択された他の管状構造物に対して、次作業に係る土砂が投入されるものである。そして、複数の管状構造物に対し順に土砂を供給し、供給完了した管状構造物を用いて土砂の投入を順に行うことで、投入作業が中断することなく、連続的に土砂の投入作業が行われるものとなる。

（１０）上記（１）から（９）項記載の土砂の投入装置を用い、水上で前記管状構造物の基端部から前記管状構造物内へと土砂を投入し、土砂の重みを利用して前記管状構造物を伸長させ、前記管状構造物の先端部が所定の水深に到達した時点で、前記底開ホッパーを開放して土砂を排出しながら、前記管状構造物を短縮させる土砂の投入方法（請求項９）。
本項に記載の土砂の投入方法は、上記（１）から（９）項記載の土砂の投入装置を用いた土砂の投入方法であり、その行程中、上記（１）から（９）項記載の土砂の投入装置に対応する作用が得られるものである。
（１１）上記（２）から（９）項記載の土砂の投入装置を用い、水上で前記管状構造物の基端部から前記管状構造物内へと土砂を投入し、土砂の重みを利用して前記管状構造物を伸長させ、前記管状構造物の先端部が所定の水深に到達した時点で、前記底開ホッパーを開放して土砂を排出しながら、前記フロートの浮力を利用して前記管状構造物の先端部を水上へと浮上させる土砂の投入方法（請求項１０）。
本項に記載の土砂の投入方法は、上記（２）から（９）項記載の土砂の投入装置を用いた土砂の投入方法であり、その行程中、上記（２）から（９）項記載の土砂の投入装置に対応する作用が得られるものである。

本発明はこのように構成したので、土砂の投入作業の際、土砂の性状劣化をより効果的に抑えることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る土砂の投入装置を用いた、土砂の投入方法を示す模式図である。 図１に示される土砂の投入装置の、管状構造物の伸縮構造を示す断面図である。 図１に示される土砂の投入装置の、管状構造物の伸縮構造の別例を示す断面図である。 図１に示される土砂の投入装置の、底開ホッパーを示す模式図である。 図１に示される土砂の投入装置の、管状構造物の伸縮構造及び伸縮駆動手段の別例を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る土砂の投入装置の応用例を用いた、土砂の投入方法を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る土砂の投入装置の更に別の応用例を示す平面模式図である。 本発明の実施の形態に係る土砂の投入方法の効果を示すグラフである。 従来の土砂の投入装置の模式図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
まず、本発明の実施の形態に係る投入装置１０は、図１に示されるように、水上から水底ＧＬないし水底近傍に到達可能な全長を有する、多段の伸縮機構を備えた管状構造物１２と、管状構造物の先端部に設けられた底開ホッパー１４、及び、管状構造物の伸縮駆動手段としてのフロート１６を備えるものである。

図１に示される管状構造物１２は、外形が相似する複数の短管１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ（図示の例では５本）が同心状に配置され、各短管１２Ａ〜１２Ｅの内側又は外側に隣接する短管に対し、スライド可能に組み合わされて構成されている。管状構造物１２の断面形状、すなわち各短管１２Ａ〜１２Ｅの断面形状は、円形でも矩形でも良く、断面積、長さ、段数等も、施工条件に応じて任意に決定されるものである。
なお、図示のごとく、伸長時に下側に位置する短管が上側に位置する短管よりも大径をなすように構成されることとすれば、これとは逆の関係で構成される場合との比較で、短管同士の段差部に土砂が堆積することがない点で、より好ましい。

そして、各短管１２Ａ〜１２Ｅの上端部及び下端部には、各短管１２Ａ〜１２Ｅの内側又は外側に隣接する短管との水密を保つ止水構造部１８が設けられている。図２には、便宜上、短管１２Ｂ、１２Ｃのみ例示するが、いずれも、上端の内側及び下端の外側に止水構造部１８（１８ａ、１８ｂ）が設けられている。短管１２Ｂの上端内側の止水構造部１８ａは、内側に隣接する短管１２Ｃの外壁に摺動可能に当接している。又、短管１２Ｃの下端外側の止水構造部１８ｂは、外側に隣接する短管１２Ｂの内壁に摺動可能に当接している。そして、短管１２Ｂ、１２Ｃの相対的な位置の如何に関わらわず、止水構造部１８によって、短管１２Ｂ、１２Ｃ間の密閉性が確保されるものである。なお、止水構造部１８には、摺動に対する耐久性を備えた、適切な防水シールが用いられる。
詳しい説明は省略するが、上記止水構造部１８の止水機能は、図２に示していない他の短管１２Ａ、１２Ｄ、１２Ｅにおいても、同様に発揮されるものである。又、図示の例では、止水構造部１８ａ、１８ｂ同士が当接することで、各短管１２Ａ〜１２Ｅの最大伸長位置を定めるストッパーとしても機能する。なお、各短管１２Ａ〜１２Ｅの最小短縮位置を定めるストッパーについても、適切なものを設けることが可能である。

又、図１に示される管状構造物１２の別例として、例えば、図３に示されるように、水密性を有する管状の幕体１９と、管状の幕体１９により構成される管の断面形状を維持するための、剛体からなる枠状部材２０で、環状構造物１２を構成することも可能である。便宜上、図３（ｄ）にのみ符号を付すが、図３（ａ）は、管状の幕体１９が蛇腹状に折れ曲がることで、環状構造物１２が最も短縮した状態を示し、図３（ｄ）は、管状構造物１２が最も伸長した状態を示し、（ｂ）（ｃ）は中間状態を示している。符号２１は、管状の幕体１９のよじれを防ぐ支持ワイヤーであり、必要に応じて用いられるものである。
なお、本例の構造としては、枠状部材２０を積層するようにして配置し、枠状部材２０同士を、短管１２Ｂ、１２Ｃを構成するだけの長さを有する幕体１９で水密状態に連結したものや、水上から水底ないし水底近傍に到達可能な全長を有する管状の幕体１９に、枠状部材２０を所定間隔をあけて配置することにより構成したもの等が挙げられる。

底開ホッパー１４は、図４に示されるように、管状構造物１２の先端部を構成する短管１２Ａに対して、ヒンジ２２を介して軸着されており、チェーンやワイヤ等の適切な動力伝達手段（図示省略）によって、水上から開閉操作が可能となるように構成されている。又、底開ホッパー１４は、図４（ａ）に示されるように、短管１２Ａの外形線の接線上に設けられた外側ヒンジ形式でも、図４（ｂ）に示されるように、短管１２Ａの中心部近傍を横切る線上に設けられた内側ヒンジ形式でもよい。
又、フロート１６の浮力は、後述する土砂の投入工程において、底開ホッパー１４が開放された状態、すなわち、管状構造物１２の内部から土砂２００が排出され、土砂２００の自重が底開ホッパー１４に掛っていない状態で、環状構造物１２の先端部（短管１２Ａ）が、水面ＷＬの上にまで浮上し得る値に設定されている。
そして、上記構成をなす管状構造物１２は、例えば、図９に示される従来のトレミー管１００と置換する態様で、土運船１０２の船首部分に固定して用いることが可能である。管状構造物１２への土砂の投入手段としては、供給管を用いる手法や、土砂の性状にもよるが、図９の例のごとく、クラムシェル１０８等を用いて投入する手法が挙げられる。

なお、フロート１６と共に、もしくはフロート１６に替わる管状構造物１２の伸縮駆動手段として、図５に示されるように、管状構造物の先端部１２Ａに吊上げ用索体３０を連結することとしても良い。図５には、便宜上、短管１２Ａ、１２Ｂの部分のみ示されており、図３の例と同様に、管状の幕体１９と枠状部材２０とで環状構造物１２が構成されているが、図１の例のごとく、複数の短管１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅからなる、多段の伸縮機構を備えた管状構造物１２に、吊上げ用索体３０を採用することも可能である。又。便宜上、先端部１２Ａに設けられているホッパーの図示は省略されている。
吊下げ用索体３０は、ウインチ等によって巻き上げられ又は繰り出されることで、管状構造物の先端部１２Ａの高さを定めるものである。ここで用いられる吊下げ用索体３０は、必要な強度と耐久性とを備えたワイヤー、チェーン等が用いられる。先端部１２Ａの枠状部材２０には、留め冠３２によって吊下げ用索体３０が連結されており、その他の枠状部材２０には、吊下げ用索体３０を挿通するためのガイドブラケット３４が設けられている。
又、本例においてもフロート１６を併用することが可能である。この場合には、土砂の重みが管状構造物の先端に作用しなくなると、フロート１６の浮力が管状構造物１２の先端部１２Ａに作用することで、吊下げ用索体３０の巻上に要する力が軽減され、若しくは、フロート１６に要求される浮力が軽減されることとなる。

ここで、図１を参照しながら、本発明の実施の形態に係る土砂の投入手順について説明する。なお、土砂の投入工程中の、管状構造物１２の状態変化を、紙面の左から右へ向けてステップ（Ｓ１）から（Ｓ４）として示している。
まず、（Ｓ１）に示されるように、土砂の投入サイクルの初期段階では、環状構造物１２に土砂が投入されておらず、底開ホッパー１４が閉じられた状体である。このとき、先端部（短管１２Ａ）は、フロート１６の浮力を受けて水面ＷＬの上に浮上し、環状構造物１２は最も縮んだ状態にある。

続いて、（Ｓ２）に示されるように、管状構造物１２内へと土砂２００を投入すると、底開ホッパー１４が閉じられた状態にあることから、管状構造物１２の先端部に土砂２００が溜まり、管状構造物１２内に投入された土砂２００の重みが、状構造物１２の先端部に位置する短管１２Ａに作用する。そして、管状構造物１２内に投入された土砂２００の自重がフロート１６の浮力を上回った時点で、管状構造物１２は下方へと伸長していく。

やがて、（Ｓ３）に示されるように、管状構造物１２は、各短管１２Ａ〜１２Ｅ同士の相対移動量が最大となり、最も伸長した状態となる。このとき、環状構造部１２の先端（各短管１２Ａの下端部）と水底ＧＬとの距離が、水底近傍の水の流れや、土砂２００の性状等を考慮した、適切な距離となるように、管状構造物１２の最大伸長時の長さが設定されている。

（Ｓ３）の状態において、底開ホッパー１４の扉を開放し、管状構造物１２内の土砂を、水底ＧＬへと排出する。その結果、土砂２００の重みが管状構造物１２の先端に作用しなくなることで、フロート１６の浮力によって管状構造物１２の先端部に位置する短管１２が浮上し、（Ｓ４）のごとく、管状構造物１２は短縮していく。そして、管状構造物１２の先端部が再び水面ＷＬ上に浮上した状態へと復帰する。その後、底開ホッパー１４を閉じることで、（Ｓ１）の状態へと戻る。
本発明の実施の形態に係る土砂の投入方法は、所定の範囲に所定量の土砂の投入が完了するまで、上記（Ｓ１）〜（Ｓ４）の各ステップを繰り返し、かつ、適宜、土運船１０２を移動させながら、土砂の投入作業を行うものである。

図６には、投入装置１０の、別の応用例が示されている。図１に示される例との相違としては、管状構造部１２の基端部を構成する短管１２Ｅの更に上方に、第２の底開ホッパー２２を備える点にあり、その他の構成については同様である。
第２の底開ホッパー２２は、底開ホッパー１４とは独立して開閉操作が可能なものであり、これによって、以下のような土砂の投入手順が実施されるものである。図６においても、土砂の投入工程中の、管状構造物１２の状態変化を、紙面の左から右へ向けてステップ（Ｓ１′）から（Ｓ４′）として示している。

まず、（Ｓ１′）に示されるように、土砂の投入サイクルの初期段階では、環状構造物１２に土砂が投入されておらず、底開ホッパー１４が閉じられる一方、第２の底開ホッパー２２は開放された状体となっている。このとき、土砂２００の重みが底開ホッパー１４に掛ってはおらず、先端部（短管１２Ａ）は、フロート１６の浮力を受けて水面ＷＬの上に浮上し、環状構造物１２は最も縮んだ状態にある。

続いて、（Ｓ２′）に示されるように、管状構造物１２内へと土砂２００を投入すると、底開ホッパー１４が閉じられ、第２の底開ホッパー２２は開放された状態にあることから、管状構造物１２の先端部に土砂２００が溜まり、管状構造物１２内に投入された土砂２００の２００の重みが、状構造物１２の先端部に位置する短管１２Ａに作用する。そして、管状構造物１２内に投入された土砂２００の重みがフロート１６の浮力を上回った時点で、管状構造物１２は下方へと伸長していく。

やがて、（Ｓ３′）に示されるように、管状構造物１２は、各短管１２Ａ〜１２Ｅ同士の相対移動量が最大となり、最も伸長した状態となる。このとき、環状構造部１２の先端と水底ＧＬとの距離が、水底近傍の水の流れや、土砂２００の性状等を考慮した、適切な距離となるように、管状構造物１２の最大伸長時の長さが設定されている点は、図１の例と同じである。
一方、管状構造物１２は下方へと伸長していく過程で、（Ｓ３′）に示されるように、第２の底開ホッパー２２が閉じられ、この間も継続して管状構造物１２に土砂２００が投入されることで、第２の底開ホッパー２２に土砂２００′が貯留されていく。

（Ｓ３′）の状態において、底開ホッパー１４の扉を開放し、管状構造物１２内の土砂を、水底ＧＬへと排出する。その結果、土砂２００の重みが管状構造物１２の先端に作用しなくなる。そして、フロート１６の浮力によって管状構造物１２の先端部に位置する短管１２が浮上し、（Ｓ４′）のごとく、管状構造物１２は短縮していく。そして、管状構造物１２の先端部が再び水面ＷＬ上に浮上した状態へと復帰する。その後、底開ホッパー１４を閉じることで、（Ｓ１）の状態へと戻る。この間も継続して管状構造物１２に土砂２００が投入されることで、第２の底開ホッパー２２に土砂２００′が貯留されていることから、第２の底開ホッパー２２を開放することで、土砂２００′が管状構造物１２内を落下し、土砂２００′の重みが、状構造物１２の先端部に位置する短管１２Ａに作用することとなる。
本発明の実施の形態に係る土砂の投入方法は、所定の範囲に所定量の土砂の投入が完了するまで、上記（Ｓ１′）〜（Ｓ４′）の各ステップを繰り返し、又、適宜、土運船１０２を移動させながら、土砂の投入作業を行うものである。

図７には、投入装置１０の更なる応用例が示されている。本例では、管状構造物１２を複数備え、各管状構造物１２、１２′に対して土砂を供給するように、土砂の供給管２４が分岐し、かつ、土砂の供給を行う環状構造部１２、１２′を選択する選択手段２６として、例えば分岐弁を備えるものである。図中符号２８で示される部分は、供給管２４に土砂を供給するポンプである。又、各管状構造物１２、１２′は、各々、図１に示される底開ホッパー１４及びフロート１６を備えるものであるが、便宜上、図示を省略する。

本装置構成の場合には、ポンプ２８によって土砂２００の供給路（供給管）２４に対し、連続的に土砂２００を供給し、一方の管状構造物１２へ既定の土砂の供給が完了した時点で、選択手段２６を切り替える。そして、環状構造物１２′に土砂を供給することで、二つの管状構造物１２、１２′を用い、交互に土砂の投入作業を行うものである。
なお、環状構造部１２、１２′を更に複数配置し、選択手段２６を切り替えて順に土砂を供給することとしても良く、又、各管状構造物１２、１２′が、図６に示される第２の底開ホッパー２２を備えるものであっても良い。

さて、上記構成を有する本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を奏するものとなる。
すなわち、本発明の実施の形態に係る土砂の投入装置１０は、管状構造物１２の先端に設けられた、管状構造物１２の伸縮駆動手段としてのフロート１６の浮力によって、管状構造物１２の先端部（短管）１２Ａが水上に浮上した状態に短縮される。そして、水上で管状構造物の基端部（短管）１２Ｅから管状構造物１２内へと土砂２００を投入すると、底開ホッパー１４によって閉じられた管状構造物１２の先端部（底部）１２Ａに土砂が溜まっていく。すると、土砂２００の重みがフロート１６の浮力に勝り、管状構造物１２の先端部１２Ａが沈降することで、多段の伸縮機構を有する管状構造物１２は、水底ＧＬへ向けて伸長していく。そして、管状構造物１２の先端部１２Ａが所定の水深に到達した状態で、底開ホッパー１４を開放させることにより、管状構造物１２内の土砂２００は、水底ＧＬへと排出される。このとき、底開ホッパー１４の扉が開放した状態で、扉の先端部が水底ＧＬに接地ないし水底近傍に位置するようにすることで、管状構造物１２内の土砂２００は、水底面に衝突することなく緩やかに排出され、土砂２００を構成する泥塊の分解や投入材の含水量の増加が生じにくくなる。

そして、土砂２００の重みが管状構造物１２の先端１２Ａに作用しなくなると、フロート１６の浮力によって管状構造物１２の先端部１２Ａが浮上して、管状構造物１２は徐々に縮小する。このため、水底面に排出された土砂２００の性状を変化させることなく、１回の投入作業が完了することとなる。そして、フロート１６の浮力によって、管状構造物１２の先端部１２Ａが再び水上に浮上した状態となり、底開ホッパー１４を閉じることで、次回の投入作業に係る土砂２００の投入が可能となる。
又、管状構造物１２は、外形が相似する複数の短管１２Ａ〜１２Ｅが同心状に配置され、各短管１２Ａ〜１２Ｅの内側又は外側に隣接する短管に対しスライド可能に組み合わされている。このため、管状構造物１２内に投入された土砂２００の重みによる管状構造物１２の伸長と、フロート１６の浮力による、管状構造物１２の先端部１２Ａが再び水上に浮上する状態への短縮とは、各短管１２Ａ〜１２Ｅがスライドして相対移動することより、引き起こされることとなる。

又、各短管１２Ａ〜１２Ｅの上端部及び下端部に設けられた、各短管１２Ａ〜１２Ｅの内側又は外側に隣接する短管との止水構造部１８ａ、１８ｂにより、管状構造物１２の伸縮状態の如何を問わず、各短管１２Ａ〜１２Ｅの接続部から管状構造物１２内部への水の浸入が阻止される。このため、底開ホッパー１４が開放されない限り、管状構造物１２内に投入された土砂２００と水との接触が回避され、土砂２００が水底面近傍に到達するまで、土砂２００の性状変化が回避される。管状構造物１２から土砂２００が排出された後は水と直接的に接触することとなるが、水との接触は水底ＧＬ近傍で起こることから、土砂２００が水中を落下して水底２００に到達するまでの距離が短く、落下の際に塊がほぐれる度合いが軽減され、土砂２００の性状変化は最小限に収まることとなる。

なお、図３、図５に例示されるように、管状構造物１２が管状の幕体１９により構成される場合であっても、管の断面形状は、伸縮状態の如何を問わず、剛体からなる枠状部材２０によって維持されることで、上記と同等の機能を発揮するものとなる。
又、図５に示されるように、管状構造物１２の伸縮駆動手段として、管状構造物１２の先端部１２Ａに吊上げ用索体３０が連結されている場合にも、吊下げ用索体３０が、ウインチ等によって巻き上げられ又は繰り出されることで、上記と同等の機能を発揮するものとなる。
更に、図示は省略するが、管状構造物１２の伸縮駆動手段として、フロート１６と吊下げ用索体３０とを併用する場合において、管状構造物１２の先端部にフロート１６を、中間部に吊下げ用索体３０を連結することとしても良い。又、管状構造物１２の中間部にフロート１６を、先端部に吊下げ用索体３０を連結することとしても、上記機能を発揮するものとなる。

本発明の実施の形態に係る土砂の投入装置１０を用いて、軟弱粘性土を水中投下させた場合の、土砂の性状変化を実験により求めた結果が、図８に示されている。
本実験は、土砂の投入装置１０の模型を、模型の縮尺に応じた適切な遠心力場（例えば２５Ｇ又は５０Ｇ：Ｇは重力加速度）に設置し、土砂の投入実験を行ったものである。図８は、投入前の軟弱粘性土（原泥）と、本発明の実施の形態に係る土砂の投入装置１０を用いて投入された軟弱粘性土の堆積土（本発明）と、従来のトレミー管１００（図９）に相当する模型により投入された軟弱粘性土の堆積土（従来）とで、粒度（通過質量百分率）を比較したものである。図８からは、原泥と本発明とで、粒度の変化はほとんど見られないのに対し、従来のトレミー管による場合の、細粒分の含有率が低下していることが読み取れる。これは、土砂の投下による攪乱の影響、すなわち、土砂の、水面ＷＬへの衝突や水中落下時の水の抵抗、水底ＧＬへの衝突による細粒分の飛散等が、影響しているものである。
以上のごとく、本発明の実施の形態によれば、土砂の粒度の変化が少なく、高い効率で土砂を堆積させ、さらには周辺への細粒分の飛散による、濁りの発生を低減することが可能となるものである。

又、本発明の実施の形態によれば、フロート１６の浮力が、底開ホッパー１４が開放された状態で、管状構造物１２の先端部１２Ａが水面ＷＬ上にまで浮上するように設定されていることから、底開ホッパー１４を開放して、管状構造物１２内の土砂２００が水底ＧＬへと排出され、土砂２００の重みが管状構造物１２の先端１２Ａに作用しなくなると、他の動力を用いることなく、フロート１６の浮力によって管状構造物１２の先端部１２Ａが自然に浮上することとなる。

更に、図６の例によれば、土砂２００の投入作業を連続して行うにあたり、管状構造物１２内に留められた土砂２００の、水底ＧＬへの投入作業に係る管状構造物１２の伸縮の間、管状構造物１２の基端部１２Ｅに設けられた第２の底開ホッパー２２を閉じることにより、第２の底開ホッパー２２に対し、次回投入分の土砂２００を予め溜めておくことができる。このため、１回の土砂投入が完了し、管状構造物１２の先端部１２Ａが再び水上に浮上した状態で、管状構造物１２の先端部１２Ａの底開ホッパー１４を閉じ、第２の底開ホッパー２２を開放することで、管状構造物１２内に土砂２００′が投入され、次回の投入作業が中断することなく開始されるものとなる。第２の底開ホッパー２２に溜められる土砂２００の量は、一回の投入作業に必要な量であり、溜められた土砂２００′が全て管状構造物１２内に投入された後は、第２の底開ホッパー２２は再び閉じられ、第２のホッパー２２に対して、更に次回の投入作業に係る土砂２００′の貯留が開始されることで、投入作業の連続性が確保されることとなる。

又、図７に示される例では、土砂の投入作業を連続して行うにあたり、複数備えるうちの１つの管状構造物１２、１２′の一方に留められた土砂２００を、水底ＧＬへと投入するための伸縮の間、選択手段２６により選択された他の管状構造物１２′に対して、次作業に係る土砂２００が投入され、複数の管状構造物１２、１２′に対し順に土砂２００を供給し、供給完了した管状構造物１２（又は１２′）を用いて土砂２００の投入を順に行うことで、投入作業が中断することなく、連続的に土砂の投入作業が行われるものとなる。

１０：投入装置、 １２：管状構造物、 １２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ：短管、 １４：底開ホッパー、 １６：フロート、 １８、１８ａ、１８ｂ：止水構造部、 １９：管状の幕体、 ２２：第２の底開ホッパー、 ２４：供給管、 ２６：選択手段（分岐弁）、 ３０：吊下げ用索体、 ３２：留め冠、 ３４：ガイドブラケット、 ２００：土砂、 ＧＬ：水底、 ＷＬ：水面

Claims (10)

1. 水上から水底ないし水底近傍に到達可能な伸縮機構を備えた管状構造物と、該管状構造物の先端部に設けられた底開ホッパーと、前記管状構造物の伸縮駆動手段とを備えることを特徴とする土砂の投入装置。
2. 前記管状構造物の伸縮駆動手段として、前記管状構造物の先端部にフロートを備えることを特徴とする請求項１記載の土砂の投入装置。
3. 前記フロートの浮力は、前記底開ホッパーが開放された状態で、環状構造物の先端部が水上にまで浮上し得る値に設定されていることを特徴とする請求項２記載の土砂の投入装置。
4. 前記管状構造物の伸縮駆動手段として、前記管状構造物の先端部に吊上げ用索体が連結されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の土砂の投入装置。
5. 前記管状構造物は、外形が相似する複数の短管が同心状に配置され、各短管の内側又は外側に隣接する短管に対しスライド可能に組み合わされ、各短管の上端部及び下端部に、各短管の内側又は外側に隣接する短管との水密を保つ止水構造部が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の土砂の投入装置。
6. 前記管状構造物は、水密性を有する管状の幕体と、該管状の幕体により構成される管の断面形状を維持するための、剛体からなる枠状部材とを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の土砂の投入装置。
7. 前記管状構造部の基端部に、第２の底開ホッパーを備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の土砂の投入装置。
8. 前記底開ホッパーを備える管状構造物を複数備え、各管状構造物の基端部に対して土砂を供給する供給路に、土砂の供給を行う環状構造部を選択する選択手段を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の土砂の投入装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項記載の土砂の投入装置を用い、
   水上で前記管状構造物の基端部から前記管状構造物内へと土砂を投入し、土砂の重みを利用して前記管状構造物を伸長させ、前記管状構造物の先端部が所定の水深に到達した時点で、前記底開ホッパーを開放して土砂を排出しながら、前記管状構造物を短縮させることを特徴とする土砂の投入方法。
10. 請求項２から８のいずれか１項記載の土砂の投入装置を用い、
    水上で前記管状構造物の基端部から前記管状構造物内へと土砂を投入し、土砂の重みを利用して前記管状構造物を伸長させ、前記管状構造物の先端部が所定の水深に到達した時点で、前記底開ホッパーを開放して土砂を排出しながら、前記フロートの浮力を利用して前記管状構造物の先端部を水上へと浮上させることを特徴とする土砂の投入方法。